Краткое описание технологического процесса

 

Процесс синтеза аммиака из азота и водорода происходит в колонне синтеза на железном катализаторе при t = 500 – 530 °C и давления не более 32 МПа.

Реакция синтеза аммиака выражается уравнением:

N₂ + 3H₂ «2 NH­₃ + 89, 01 кДж (21,26 Ккал)

На скорость реакции синтеза аммиака и объемную долю аммиака в газовой смеси большое влияние оказывает активность катализатора.

Каталитически активны в процессе синтеза аммиака многие металлы, но в промышленности используется только железные катализаторы, получаемые восстановлением из магнитной окиси – закиси железа Fe₃O₄; такой восстановленный катализатор состоит из очень мелких кристаллов с большой суммарной поверхностью.

Восстановленный катализатор имеет удельную поверхность 12–15м²/г.

Для повышения активности и термостойкости, при изготовлении катализатора, в него добавляют окислы различных металлов: Al₂O₃, CaO, K₂O и другие.

Катализаторы выпускаются в виде зерен или гранул различного размера. Чаще всего используют катализатор фракции 5 –7 и 7 – 10 мм.

Готовой продукцией цеха является технический жидкий аммиак соответствующий ГОСТу 6221-82

В химическом отношении аммиак активен, он вступает в реакцию со многими веществами. Аммиак хорошо растворяется в воде, образуя гидроокись аммония.

NH₃ + H₂O «NH₄OH + Q

 

Газообразный аммиак в кислороде сгорает с образованием свободного азота

4NH₃ + 3O₂ ® 6H₂O + 2N₂ + Q

В присутствии катализатора происходит окисление аммиака до окислов азота

4NH₃ + 5O₂ ® 4NO + 6H₂O + + Q

 

Аммиак взаимодействует с медью, цинком, и их сплавами с образованием комплексных соединений, растворяет обычную резину.

Сталь в жидком аммиаке с массовой долей воды < 0,2% в присутствии воздуха и двуокиси углерода подвергается коррозионному растрескиванию.

Аммиак используется для получения азотной кислоты, карбамида, аммиачной селитры, сульфата аммония и других соединений. Широкое применение находит аммиак в холодильных установках, как хладагент, медицине и других отраслях народного хозяйства.

Технологический процесс производства аммиака состоит из следующих стадий:

- подогрев реакционного газа до температуры реакции;

- взаимодействие азота с водородом на катализаторе с образованием аммиака;

- охлаждение прореагировавшей газовой смеси для выделения из нее аммиака;

- отделение аммиака от не прореагировавшей газовой смеси;

- дожатие не прореагировавшей газовой смеси со свежей азотоводородной смеси до давления синтеза и ввод ее в колонну.

Характеристика используемого сырья производства аммиака.

Образование аммиак происходит в результате соединения азота и водорода. Азот -- один из важнейших элементов, обеспечивающих жизнедеятельность организмов. Роль азота в существовании живой клетки определяется составом белка, образующегося в процессе биосинтеза на основе аминокислот. Следовательно, азот должен входить в состав главнейших продуктов питания человека и животных. Человек и животные усваивают азот лишь в составе растительных или животных белков, растения же способны синтезировать белковые вещества из минеральных соединений азота -- нитратов или аммонийных солей. Связанный азот входит в состав многих органических и неорганических соединений. В природе минеральные соединения азота встречаются весьма ограниченно в связи с его инертностью как химического элемента. Лишь в Чили и Южной Африке имеются пригодные для использования в промышленности запасы натриевой селитры, в Индии -- калийной селитры. Жизненно важная для развития человечества проблема –

получение соединений азота (связанного азота). В начале XX в. были разработаны три метода получения соединений азота: дуговой, цианамидный и аммиачный. Дуговой метод состоит в том, что через пламя электрической дуги продувается воздух. При температуре около 3000 °С протекает обратимая реакция N2 + О2 2NО - Q. Образующийся оксид азота (II) может быть окислен до оксида азота (IV) и переработан в азотную кислоту и другие соединения. Для получения 1 т связанного азота этим способом расходуется 60 000...70 000 кВт-ч электроэнергии. Цианамидный метод фиксации атмосферного азота разрабатывался параллельно с дуговым. Тонко измельченный карбид кальция при температуре около 1000°С взаимодействует с азотом, образуя цианамид кальция: СаС2 + N2 CaCN2+C+Q. Расход электроэнергии для производства 1 т цианамида кальция (СаСN2) составляет 10 000...15 000 кВт-ч. Аммиачный метод связывания атмосферного азота состоит в соединении азота с водородом и получении аммиака: N2+3H2 2NH3 + Q. Он наиболее экономичен (расход электроэнергии составляет 4000...5000 кВт-ч на 1 т аммиака), технологически легче осуществим по сравнению с другими методами связывания атмосферного азота. В общем производстве азотных соединений свыше 90 % приходится на аммиак. Водород для этой реакции получают термическим крекингом углеводородов, действием паров воды на уголь или железо, разложением спиртов парами воды или электролизом воды.

Структура технологического процесса аммиака и ее анализ.

Структура технологического процесса стоится по принципу «матрешки», т.е. низшие по иерархии элементы структуры являются составной частью более высоких. Перед построением структуры необходимо выделить все имеющиеся в анализируемой технологии элементы: технологические и вспомогательные операции, технологические и вспомогательные переходы, рабочие и вспомогательные ходы. Как известно технологическая операция - часть элементарного технологического процесса, характеризующаяся постоянством характера воздействия на сырье, постоянством самого сырья и используемых орудий труда. Конечной целью исследования структуры технологического процесса является выявление его рабочих и вспомогательных действий, так как их дальнейшее совершенствование и изменение позволит неограниченно повышать производительность технологического процесса

и производства в целом. В структуре технологического процесса различают два вида связей между элементами: предметные (по предмету труда) и временные (по времени осуществления), строго говоря как таковых временных технологических связей не существует. Причины введения такого условного понятия отражены выше. В любом технологическом процессе предметные связи всегда последовательны. Технологические операции следуют строго одна за другой. аммиак производство химический комплекс. Внутри операции последовательность вспомогательных и технологических переходов также однозначна и неизменна. В основе технологического перехода производства аммиака лежит химическое превращение исходного сырья. Вспомогательные переходы необходимые для осуществления технологического перехода связаны с подачей и отводом азотно-водородной смеси, подачей жидкого аммиака и отводом продукта- аммиака. Для реализации же рабочего хода (образование молекулы аммиака) нужно два вспомогательных хода: испарение жидкого аммиака и движение газа в испаритель. В процессе производства аммиака рабочие и вспомогательные действия осуществляются одновременно, т.е. совмещены во времени, но разнесены в пространстве, то это процесс с непрерывным технологическим циклом. Чтобы перейти к предложению конкретных направлений реализации того или иного пути развития технологического процесса, необходимо достаточно полно уяснить техническую сущность рабочих и вспомогательных действий, знать средства труда, предмет труда, характер воздействия орудий на предмет труда. Любое предложение требует пояснений, подтверждающих его целесообразность.

Так как предмет труда перерабатывается с помощью средств производства, то рабочие и вспомогательные элементы технологического процесса представляют собой некоторые движения исполнительных механизмов машин и устройств, т.е. оборудования. Задача развития технологии часто сопряжена с усовершенствованием технических устройств, ее реализующих. Если проблема усовершенствования вспомогательных действий решается без принципиального изменения типа воздействия на предмет труда, то совершенствование рабочих ходов требует и предполагает такое изменение.

 

 

Характеристика и структура системы химических процессов (комплекса).

Любой конкретно взятый технологический процесс имеет, как правило, связи с другими технологическими процессами и образует систему технологий. Определить роль и место анализируемой технологии в функционировании системы технологических процессов - значит иметь возможность оценить качество данной технологии и всей системы, наметить направления их развития. Любые системы, в том числе и технологические, создаются для выполнения новой функции, которую необходимо охарактеризовать. В химико-лесном комплексе применяются следующие технологии производства: серной кислоты, аммиака или азотной кислоты, азотных удобрений (карбамида или аммиачной селитры), фосфорных удобрения (простого или двойного суперфосфата), калийных удобрений (флотационным или галлургическим методом), переработки нефти (прямая перегонка или каталитический крекинг), синтетических волокон (капрон или лавсан), производства и переработки пластмасс (полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида), каучука и резинотехнических изделий. В соответствии с технологией производства каждого комплекса выпускаются соответствующие виды продукции, без которых невозможно существование современного общества. Влияние химической индустрии на темпы общественного производства непрерывно усиливается. Во-первых, химическая технология предлагает другим отраслям народного хозяйства множество уникальных материалов, способствующих их прогрессу (нитрид бора, искусственные алмазы, химические волокна, синтетические каучуки, электрокерамика, полупроводниковые материалы и т. д.). Во-вторых, химические наука и технология способствуют развитию других отраслей народного хозяйства за счет внедрения в них новых эффективных способов воздействия на предметы труда (гальванотехника, отбеливание тканей, биохимический синтез, обогащение руд, переработка топлив, электрохимическая обработка металлов и т. д.).

Анализ перспективных направлений развития технологического процесса производства аммиака.

Перспективными направлениями улучшения технико-экономических показателей процесса синтеза аммиака являются: укрупнение отдельных установок и систем в целом (использование колонн

диаметром до 2 м, установок производительностью 1500...2000 т вместо 100... 150 т в сутки); совершенствование процессов конверсии метана за счет применения новых катализаторов, улучшения очистки конвертированного газа; повышение активности катализаторов, разработка низкотемпературных катализаторов синтеза аммиака; применение колонн синтеза с кипящим слоем катализатора; использование теплоты, выделяющейся в реакции синтеза аммиака для получения пара; применение трубопроводного транспорта аммиака; кооперирование азотной промышленности с производствами органического синтеза, а также с коксохимическим и металлургическим. Удельные капиталовложения в производство аммиака зависят от способа получения водорода, а также мощности системы и производительности отдельных агрегатов. В себестоимости аммиака, получаемого из природного газа, основные статьи расходов распределяются примерно следующим образом: сырье и материалы -- 28 %, затраты на энергию -- 36, зарплата с начислениями -- 3, амортизационные отчисления--13, цеховые расходы--10, общезаводские -- 6, внезаводские -- 4%. Таким образом, аммиачное производство относится к весьма энергоемким процессам. Значительная доля амортизационных отчислений и цеховых расходов обусловлена большими капитальными затратами на сооружение компрессорных отделений и агрегаты, работающие под высоким давлением.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: